本月初,有一项出自中国团队的工作成果被网友们誉为“诺奖级”的发现:8月6号,在巴西举行的国际高能物理大会上,中国科学家宣布证明胶球存在,解开了困扰学术界近半个世纪的谜题。
胶球是什么呢?这是一种“纯由力构成的物质”。
为了解释清楚上边这句天书一样的话,我们邀请了两位参与这项工作的研究者张鹏和石硕,从最基础的粒子物理知识讲起。他们来自中国科学院高能物理研究所,北京正负电子对撞机(BEPCII)上的北京谱仪III(BES III)实验国际合作组。
从发现胶球候选粒子X(2370)到建立完整证据链,一共花了15年时间,而这项工作的基础可以追溯到50年前,包含五代人的努力。
一个多小时的节目,只能带大家略微窥得这项艰苦工作的皮毛,更多的繁杂、周折、枯燥并不能一一呈现。对于这项工作的意义,他们并不想过多渲染,“它在物理上是重要的,我们就得去做”。
本期节目涉及较多粒子物理知识,强烈建议配合以下示意图收听以便理解↓
标准模型简要示意(图源:CERN):

含有更多信息的标准模型示意(图源:Yinweichen/wikipedia):

正负电子对撞产生胶球示意(图源:BESIII):

本期人物
张鹏,中国科学院高能物理研究所 中国高等科学技术中心 博士后
石硕,中国科学院高能物理研究所 在读博士生
明月,果壳主编
粒子物理101
要点汇总:
6种夸克:上夸克(u),下夸克(d);粲夸克(c),奇异夸克(s);顶夸克(t),底夸克(b)
6种轻子:电子(e),缪子(μ),陶子(τ)以及对应的3种中微子
夸克和轻子都分成三代,一代比一代重,且更不稳定
4种规范玻色子:光子(γ,电磁力的媒介),胶子(g,强力的媒介),W与Z玻色子(弱力的媒介)
希格斯玻色子(H),希格斯场赋予基本粒子质量
强子物质通过强相互作用形成:普通强子包括3个夸克或反夸克构成的重子(其中包括质子与中子),以及1个正夸克和1个反夸克构成的介子;奇特强子包括纯由胶子构成的胶球、四夸克态粒子、五夸克态粒子等。
6种夸克中,为什么粲夸克和其他夸克名字风格那么不一样,竟来自《诗经》
就像光传递电磁力,胶子传递的是强力;电荷有正负,色荷有红绿蓝
没有质量的胶子形成了有质量的胶球,质量可以来自强相互作用
标准模型好比元素周期表,希格斯玻色子的存在补完了拼图
胶球属于一种奇特强子,它是唯一不含有夸克的强子态
寻找胶球:15年时间,都在做什么
对撞机做的事,是撞出更重更不稳定的粒子,再通过探测衰变产物重建母粒子
谱仪好比照相机,没有谱仪就无法得知撞了之后发生了什么
名字中含有丁肇中姓的J/ψ粒子,提供了发现胶球的理想环境
赝标量胶球质量范围内意外发现的X(2370),开启了接下来15年的工作
(注:处提到的JPC代表三个量子属性,自旋、P宇称、C宇称,赝标量胶球的相应量子数为0 - +)
为了测量疑似粒子的自旋宇称数,要找到干净的衰变末态
每种夸克是一种“味道”,胶球必须满足不对任何味道有偏好
上世纪论文给出一条“捷径”,证据链终于完整了
证明几个属性,为什么要100亿个J/ψ事例那么多?
理论物理学家解释世界,实验物理学家负责脚踏实地证明出来
那些看不见的粒子,都靠什么来证明存在
人眼能看到的非常有限,尺寸太小、存在时间太短、不和其他物质相互作用,都是阻碍
探测器可以对探测对象施加作用,让不可见变得可见
电子、质子、重离子、介子都可以拿来对撞
围绕大科学装置的实验,有什么特别?
爱因斯坦不在乎的细节,我们在乎
本期嘉宾:张鹏 石硕
主播:明月
后期:Yann
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